JP4774701B2 - Rolling bearing unit - Google Patents
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Description
この発明に係る転がり軸受ユニットは、例えば自動車の懸架装置に対し車輪を回転自在に支持すると共に、この車輪に加わる荷重を測定する為に利用する。 The rolling bearing unit according to the present invention is used for, for example, rotatably supporting a wheel with respect to a suspension device of an automobile and measuring a load applied to the wheel.
自動車の車輪は懸架装置に対し、複列アンギュラ型の転がり軸受ユニットにより回転自在に支持する。又、自動車の走行安定性を確保する為に、アンチロックブレーキシステム(ABS)やトラクションコントロールシステム(TCS)、更にはビークルスタビリティコントロールシステム(VSC)等の車両用走行安定装置が使用されている。この様な各種車両用走行安定装置を制御する為には、車輪の回転速度、車体に加わる各方向の加速度等の信号が必要になる。そして、より高度の制御を行なう為には、車輪を介して上記転がり軸受ユニットに加わる荷重(ラジアル荷重とアキシアル荷重との一方又は双方)の大きさを知る事が好ましい場合がある。 The wheels of the automobile are rotatably supported by the suspension system by a double row angular type rolling bearing unit. In order to ensure the running stability of automobiles, vehicle running stabilizers such as an antilock brake system (ABS), a traction control system (TCS), and a vehicle stability control system (VSC) are used. . In order to control such various vehicle running stabilizers, signals such as the rotational speed of the wheels and the acceleration in each direction applied to the vehicle body are required. In order to perform higher-level control, it may be preferable to know the magnitude of a load (one or both of a radial load and an axial load) applied to the rolling bearing unit via the wheel.
この様な場合に使用可能な、車両に関する荷重を測定する装置として従来から、例えば特許文献1、2に記載されたものが知られている。このうちの特許文献1には、上下方向荷重(ラジアル荷重)を測定自在な、荷重測定装置付車輪支持用転がり軸受ユニットが記載されている。この従来構造の第1例の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、図14に示す様に、懸架装置に支持される外輪1の内径側に、車輪を結合固定するハブ2を支持している。このハブ2は、車輪を固定する為の回転側フランジ3をその外端部(車両への組み付け状態で幅方向外側となる端部で、図14〜17、19の左端部)に有するハブ本体4と、このハブ本体4の内端部(車両への組み付け状態で幅方向中央側となる端部で、図14〜17、19の右端部)に外嵌されてナット5により抑え付けられた内輪6とを備える。そして、上記外輪1の内周面に形成した複列の外輪軌道7、7と、上記ハブ2の外周面に形成した複列の内輪軌道8、8との間に、それぞれ複数個ずつの転動体9a、9bを配置して、上記外輪1の内径側での上記ハブ2の回転を自在としている。
2. Description of the Related Art Conventionally, devices described in, for example,
上記外輪1の軸方向中間部で複列の外輪軌道7、7の間部分に、この外輪1を直径方向に貫通する取付孔10を、この外輪1の上端部にほぼ鉛直方向に形成している。そして、この取付孔10内に、荷重測定用のセンサである、円杆状(丸棒状)の変位センサ11を装着している。この変位センサ11は、先端面に設けた検出面と上記ハブ本体4に外嵌固定したセンサリング12の外周面との距離が変化した場合に、その変化量に対応した信号を出力する。この様に構成する従来の荷重測定装置付転がり軸受ユニットの場合には、上記変位センサ11の検出信号に基づいて、転がり軸受ユニットに加わる上下方向荷重を求める事ができる。
A
尚、図14に示した従来構造は、上記転がり軸受ユニットに加わる上下方向荷重に加えて、上記ハブ2の回転速度も検出自在としている。この為に、前記内輪6の内端部に回転速度検出用エンコーダ13を外嵌固定すると共に、上記外輪1の内端開口部に被着したカバー14に回転速度検出用センサ15を支持している。そして、この回転速度検出用センサ15の検知部を、上記回転速度検出用エンコーダ13の被検出部に、測定隙間を介して対向させている。
In the conventional structure shown in FIG. 14, the rotational speed of the
上述の様な従来構造の第1例の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、転がり軸受ユニットに加わる上下方向荷重を測定する為のものであるが、転がり軸受ユニットに加わる横方向荷重(アキシアル荷重)を測定する構造も、特許文献2等に記載されて、従来から知られている。図15は、この特許文献2に記載された、横方向荷重を測定する為の荷重測定装置付転がり軸受ユニットを示している。この従来構造の第2例の場合、ハブ2aの外端部外周面に、車輪を支持する為の回転側フランジ3aを固設している。又、外輪1aの外周面に、この外輪1aを懸架装置を構成するナックル16に支持固定する為の、固定側フランジ17を固設している。そして、上記外輪1aの内周面に形成した複列の外輪軌道7、7と、上記ハブ2aの外周面に形成した複列の内輪軌道8、8との間に、それぞれ複数個ずつの転動体9a、9bを転動自在に設ける事により、上記外輪1aの内径側に上記ハブ2aを回転自在に支持している。
The rolling bearing unit with a load measuring device of the first example of the conventional structure as described above is for measuring the vertical load applied to the rolling bearing unit, but the lateral load (axial load) applied to the rolling bearing unit. The structure for measuring is also described in
更に、上記固定側フランジ17の内側面複数個所で、この固定側フランジ17を上記ナックル16に結合する為のボルト18を螺合する為のねじ孔19を囲む部分に、それぞれ荷重センサ20を添設している。上記外輪1aを上記ナックル16に支持固定した状態でこれら各荷重センサ20は、このナックル16の外側面と上記固定側フランジ17の内側面との間で挟持される。
Further, a
この様な従来構造の第2例の転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合、図示しない車輪と上記ナックル16との間に横方向荷重が加わると、上記ナックル16の外側面と上記固定側フランジ17の内側面とが、上記各荷重センサ20を、軸方向両面から強く押し付け合う。従って、これら各荷重センサ20の測定値を合計する事で、上記車輪と上記ナックル16との間に加わる横方向荷重を求める事ができる。又、図示はしないが、特許文献3には、一部の剛性を低くした外輪相当部材の振動周波数から転動体の公転速度を求め、更に、転がり軸受に加わる横方向荷重を測定する方法が記載されている。
In the case of the load measuring device for the rolling bearing unit of the second example having such a conventional structure, when a lateral load is applied between a wheel (not shown) and the
更に、転がり軸受ユニットに加わる荷重を正確に測定する構造を低コストで実現する為の発明として、特願2004−7655号に開示された発明がある。この先発明の構造は、複列アンギュラ型玉軸受である転がり軸受ユニットを構成する1対の列の転動体(玉)の公転速度に基づいて、この転がり軸受ユニットに加わる上下方向荷重又は横方向荷重を測定する。図16は、この先発明の転がり軸受ユニットの荷重測定装置を示している。この先発明に係る構造の場合、外輪1の軸方向中間部で複列の外輪軌道7、7の間部分に形成した取付孔10aにセンサユニット21を挿通し、このセンサユニット21の先端部22を、上記外輪1の内周面から突出させている。この先端部22には、1対の公転速度検出用センサ23a、23bと、1個の回転速度検出用センサ15aとを設けている。
Furthermore, as an invention for realizing a structure for accurately measuring a load applied to a rolling bearing unit at a low cost, there is an invention disclosed in Japanese Patent Application No. 2004-7655. The structure of this prior invention is based on the revolution speed of a pair of rolling elements (balls) constituting a rolling bearing unit which is a double-row angular ball bearing, and a vertical load or a lateral load applied to the rolling bearing unit. Measure. FIG. 16 shows a load measuring device for a rolling bearing unit according to the present invention. In the case of the structure according to the prior invention, the
そして、このうちの各公転速度検出用センサ23a、23bの検出部を、複列に配置された各転動体9a、9bを回転自在に保持した各保持器24a、24bに設けた、公転速度検出用エンコーダ25a、25bに近接対向させて、上記各転動体9a、9bの公転速度を検出自在としている。又、上記回転速度検出用センサ15aの検出部を、ハブ2の中間部に外嵌固定した回転速度検出用エンコーダ13aに近接対向させて、このハブ2の回転速度を検出自在としている。この様な構成を有する先発明に係る転がり軸受ユニットの荷重測定装置によれば、上記ハブ2の回転速度の変動に拘らず、上記外輪1と上記ハブ2との間に加わる荷重(上下方向荷重及び横方向荷重)を求められる。
And the detection part of each revolution
即ち、上述の様な先発明に係る転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合、図示しない演算器が、上記各センサ23a、23b、15aから送り込まれる検出信号に基づいて、上記外輪1と上記ハブ2との間に加わる上下方向荷重と横方向荷重とのうちの一方又は双方の荷重を算出する。例えば、この上下方向荷重を求める場合に上記演算器は、上記各公転速度検出用センサ23a、23bが検出する各列の転動体9a、9bの公転速度の和を求め、この和と、上記回転速度検出用センサ15aが検出する上記ハブ2の回転速度との比に基づいて、上記上下方向荷重を算出する。又、上記横方向荷重は、上記各公転速度検出用センサ23a、23bが検出する各列の転動体9a、9bの公転速度の差を求め、この差と、上記回転速度検出用センサ15aが検出する上記ハブ2の回転速度との比に基づいて算出する。この点に就いて、図17〜18を参照しつつ説明する。尚、以下の説明は、横方向荷重Fyが加わらない状態での、上記各列の転動体9a、9bの接触角αa 、αb が互いに同じであるとして行なう。
That is, in the case of the load measuring device for a rolling bearing unit according to the above-described prior invention, an arithmetic unit (not shown) performs the
図17は、上述の図16に示した車輪支持用の転がり軸受ユニットを模式化し、荷重の作用状態を示したものである。複列の外輪軌道7、7と複列の内輪軌道8、8との間に複列に配置された転動体9a、9bには予圧F0 、F0 を付与している。又、使用時に上記転がり軸受ユニットには、車体の重量等に対する反作用として路面側から、上下方向荷重Fzが加わる。更に、旋回走行時に加わる遠心力等により、横方向荷重Fyが加わる。これら予圧F0 、F0 、上下方向荷重Fz、横方向荷重Fyは、何れも上記各転動体9a、9bの接触角α(αa 、αb )に影響を及ぼす。そして、この接触角αa 、αb が変化すると、これら各転動体9a、9bの公転速度nc が変化する。これら各転動体9a、9bのピッチ円直径をDとし、これら各転動体9a、9bの直径をdとし、上記各内輪軌道8、8を設けたハブ2の回転速度をni とし、上記各外輪軌道7、7を設けた外輪1の回転速度をno とすると、上記公転速度nc は、次の(1)式で表される。
nc ={1−(d・cos α/D)・(ni /2)}+{1+(d・cos α/D)・(no /2)} −−− (1)
FIG. 17 schematically shows the rolling bearing unit for supporting the wheel shown in FIG. 16 and shows the action state of the load. Preloads F 0 and F 0 are applied to the
n c = {1− (d · cos α / D) · (n i / 2)} + {1+ (d · cos α / D) · (n o / 2)} (1)
この(1)式から明らかな通り、上記各転動体9a、9bの公転速度nc は、これら各転動体9a、9bの接触角α(αa 、αb )の変化に応じて変化するが、上述した様にこの接触角αa 、αb は、上記上下方向荷重Fz及び上記横方向荷重Fyに応じて変化する。従って上記公転速度nc は、これら上下方向荷重Fz及び横方向荷重Fyに応じて変化する。本例の場合、上記ハブ2が回転し、上記外輪1が回転しない為、具体的には、上記上下方向荷重Fzに関しては、大きくなる程上記公転速度nc が遅くなる。又、横方向荷重Fyに関しては、図18に示す様に、この横方向荷重Fyを支承する列の転動体9a、9aの公転速度が速くなり(図18の破線イ参照)、この横方向荷重Fyを支承しない列の転動体9b、9bの公転速度が遅くなる(図18の実線ロ参照)。従って、上記各列の転動体9a、9bの公転速度nc に基づいて、上記上下方向荷重Fz及び横方向荷重Fyを求められる事になる。
As is clear from this equation (1), the rolling
但し、上記公転速度nc の変化に結び付く上記接触角αは、上記上下方向荷重Fzと上記横方向荷重Fyとが互いに関連しつつ変化するだけでなく、上記予圧F0 、F0 によっても変化する。又、上記公転速度nc は、上記ハブ2の回転速度ni に比例して変化する。この為、これら上下方向荷重Fz、横方向荷重Fy、予圧F0 、F0 、ハブ2の回転速度ni を総て関連させて考えなければ、上記公転速度nc を正確に求める事はできない。このうちの予圧F0 、F0 は、運転状態に応じて変化するものではないので、初期設定等によりその影響を排除する事は容易である。これに対して上記上下方向荷重Fz、横方向荷重Fy、ハブ2の回転速度ni は、運転状態に応じて絶えず変化するので、初期設定等によりその影響を排除する事はできない。
However, the contact angle α which leads to a change in the revolution speed n c, well above the vertical load Fz and the lateral load Fy changes while associated with each other, also varies the preload F 0, F 0 To do. Also, the revolution speed n c is changed in proportion to the rotational speed n i of the
この様な事情に鑑みて先発明では、前述した様に、上下方向荷重Fzを求める場合には、前記各公転速度検出用センサ23a、23bが検出する各列の転動体9a、9bの公転速度の和を求める事で、上記横方向荷重Fyの影響を少なくしている。又、横方向荷重Fyを求める場合には、上記各列の転動体9a、9bの公転速度の差を求める事で、上記上下方向荷重Fzの影響を少なくしている。更に、何れの場合でも、上記和又は差と、前記回転速度検出用センサ15aが検出する上記ハブ2の回転速度ni との比に基づいて上記上下方向荷重Fz又は上記横方向荷重Fyを算出する事により、上記ハブ2の回転速度ni の影響を排除している。尚、上記横方向荷重Fyを、上記各列の転動体9a、9bの公転速度の比に基づいて算出する場合には、上記ハブ2の回転速度ni は、必ずしも必要ではない。
In view of such circumstances, in the prior invention, as described above, when the vertical load Fz is obtained, the revolution speeds of the rolling
尚、上記各公転速度検出用センサ23a、23bの信号に基づいて上記上下方向荷重Fzと横方向荷重Fyとのうちの一方又は双方の荷重を算出する方法は、他にも各種存在するが、この様な方法に就いては、前述の特願2004−7655号に詳しく説明されているし、本発明の要旨とも関係しないので、詳しい説明は省略する。又、図19に示す様に、ハブ2の回転速度ni を求める為の回転速度検出用エンコーダ13bをこのハブ2の内端部に外嵌固定し、回転速度検出用センサ15bを外輪1の内端開口部を塞いだカバー14aに支持する事もできる。
There are various other methods for calculating one or both of the vertical load Fz and the lateral load Fy based on the signals of the revolution
以上に述べた、先発明に係る転がり軸受ユニットの荷重測定装置は、前述した特許文献1〜3に記載された構造に比べ、比較的低コストで造れて、しかも、転がり軸受ユニットに加わる上下方向荷重Fz或は横方向荷重Fyを正確に求められるものである。但し、これら各荷重Fz、Fyを正確且つ高精度に(高分解能で)求める為には、前記各公転速度検出用センサ23a、23bが検出する前記各列の転動体9a、9bの公転速度が正確且つ高精度である必要がある。公転速度を高精度で求める為には、この公転速度を各保持器24a、24bの回転速度として求めるべく、これら各保持器24a、24bと同心に公転速度検出用エンコーダ25a、25bを設け、これら公転速度検出用エンコーダ25a、25bの特性変化の回数を多く(特性変化のピッチを短く)する事が効果がある。
The above-described load measuring device for a rolling bearing unit according to the present invention can be manufactured at a relatively low cost compared to the structures described in
又、上記公転速度を正確に求める為には、上記各保持器24a、24bの幾何中心と回転中心(上記各列の転動体9a、9bの公転中心)とを一致させる事が重要である。これに対して、上記各公転速度検出用センサ23a、23bの検出信号中には、被検出面の着磁ピッチ(円周方向に隣り合うS極とN極との間のピッチ)の誤差に基づく比較的高周波の変動と、保持器24a、24bの振れ回り運動に伴う比較的低周波の変動とが入り込んでいる。この様な変動を処理(低減)しないと、各列の転動体9a、9bの公転速度を正確に求められず、従って、上記上下方向荷重や上記横方向荷重の測定精度が悪化する。
Further, in order to accurately obtain the revolution speed, it is important to match the geometric center of each of the
この様な、上記各荷重の測定精度の悪化に結び付く、上記2種類の変動が生じる理由に就いて、図20〜21により説明する。上記公転速度検出用エンコーダ25a(25b)を保持した(或は自身が公転速度検出用エンコーダとしての機能を有する)保持器24a(24b)のポケットの内面と前記各転動体9a(9b)の表面(転動面)との間には、これら各転動体9a(9b)を転動自在に保持する必要上、隙間が存在する。従って、各構成部材の組み付け精度をいくら高めても、転がり軸受ユニットの運転時に、上記各転動体9a(9b)のピッチ円の中心(上記ハブ2の回転中心)O2 と上記保持器24a(24b)の回転中心O24とが、図20に誇張して示す様に、δ分だけずれる可能性がある。又、従来は、このδ分のずれの方向を特に規制していなかった。そして、このずれに基づいて上記公転速度検出用エンコーダ25a(25b)は、上記ピッチ円の中心O2 の周囲で振れ回り運動を行なう。
The reason why the above-described two types of fluctuations that lead to deterioration of the measurement accuracy of each load will be described with reference to FIGS. The inner surface of the pocket of the
この様にして生じる振れ回り運動の結果、上記公転速度検出用エンコーダ25a(25b)の被検出面は、回転方向以外にも移動速度を持つ事になる。そして、この回転方向以外の移動速度、例えば図20の左右方向の移動速度が、回転方向の移動速度に加減される。一方、公転速度検出用センサ23a(23b)は、上記公転速度検出用エンコーダ25a(25b)の被検出面の移動速度に基づいて上記各転動体9a(9b)の公転速度を検出するので、上記δ分の偏心は、上記公転速度検出用エンコーダ25a(25b)の側面にその検出面を対向させた、上記公転速度検出用センサ23a(23b)の検出信号に影響を及ぼす。
As a result of the swinging motion generated in this way, the detected surface of the revolution
この様な公転速度検出用エンコーダ25a(25b)の側面に上記公転速度検出用センサ23a(23b)の検出面を対向させると、この公転速度検出用センサ23a(23b)の検出信号は、図21の鎖線αに示す様に、正弦波的に変化する。即ち、各転動体9a(9b)の公転速度が一定である場合でも、この公転速度検出用センサ23a(23b)の出力信号が表す公転速度は、上記鎖線αで示す様に、正弦波的に変化する。具体的には、図20の左右方向の移動速度が回転方向の移動速度に足される場合には、上記出力信号は、実際の公転速度よりも速い速度に対応する信号となる。反対に、図20の左右方向の移動速度が回転方向の移動速度から差し引かれる場合には、上記出力信号は、実際の公転速度よりも遅い速度に対応する信号となる。図20は偏心量δを実際の場合よりも誇張して描いているが、例えば車両安定の為の制御をより厳密に行なうべく、転がり軸受ユニットに加わる上下方向荷重Fz及び横方向荷重Fyをより正確に求める場合には、上記偏心に伴う誤差を解消する必要がある。
When the detection surface of the revolution
又、上記公転速度検出用エンコーダ25a(25b)の側面の特性変化のピッチ(例えば、この側面に配列されたS極とN極とのピッチ)は、本来同じはずであるが、製造誤差(例えば着磁誤差等)により、少しずつではあるが互いに異なる場合がある。そして、この誤差に基づいても、上記公転速度検出用センサ23a(23b)の検出信号が変動する。この様な着磁ピッチの誤差に基づく変動の周期は、上記振れ回り運動に基づく変動の周期に比べると遥かに短く(高周波に)なる。例えば、上記公転速度検出用エンコーダ25a(25b)の側面(被検出面)の特性(S極とN極との繰り返し)が、この被検出面の全周で60回変化する場合、上記着磁ピッチの誤差に基づく変動の周期は、上記振れ回り運動に基づく変動の周期の1/60程度になる。
The pitch of the characteristic change on the side surface of the revolution
上記公転速度検出用エンコーダ25a(25b)から出力される検出信号は、上記2種類の変動が足し合わされた(重畳された)、図21に実線βで示す様なものになる。そして、上記上下方向荷重Fz及び横方向荷重Fyを正確に求める為には、上記2種類の変動を低減する必要がある。この様な変動のうち、上記着磁ピッチ等の製造誤差に基づく、上記比較的高周波の変動は、従来からこの様な信号の処理方法として広く知られている、平均化フィルタを使用した電気的処理により、容易に低減できる。
The detection signal output from the revolution
これに対して、上記振れ回り運動に伴う、上記比較的低周波の変動に基づく公転速度検出の精度悪化を防止する為には、公転速度検出用エンコーダの径方向反対側2個所位置に配置した1対の公転速度検出センサの検出信号を足し合わせる事で、上記両中心のずれによる影響をなくす事も考えられる。但し、この場合には公転速度検出センサが2個必要になり、その分、コスト並びに設置スペースが嵩む原因となる為、採用が難しくなる場合も考えられる。 On the other hand, in order to prevent the deterioration of the accuracy of the revolution speed detection based on the relatively low frequency fluctuation accompanying the swinging motion, the revolution speed detection encoder is arranged at two positions on the opposite side in the radial direction. By adding the detection signals of the pair of revolution speed detection sensors, it is possible to eliminate the influence of the deviation between the two centers. However, in this case, two revolution speed detection sensors are required, which may increase the cost and installation space, and may be difficult to adopt.
これに対して、一般的な乗用車用の転がり軸受ユニットの場合、前記転動面とポケットの内面との間の、保持器の径方向に関する隙間(ポケット隙間)を小さく抑えれば、上記各保持器の径方向に関する位置決めを転動体により図る、所謂転動体案内の構造でも、上記公転速度の精度を実用上問題ない程度に抑えられるものと考えられる。但し、従来は、転がり軸受ユニットに加わる荷重の測定精度を確保する面から、上述の様な径方向のポケット隙間を小さく抑える事を考慮する技術は存在しなかった。 On the other hand, in the case of a general rolling bearing unit for a passenger car, each of the above-mentioned holdings can be achieved if a gap in the radial direction of the cage (pocket gap) between the rolling surface and the inner surface of the pocket is kept small. Even in a so-called rolling element guide structure in which positioning in the radial direction of the vessel is achieved by a rolling element, it is considered that the accuracy of the revolution speed can be suppressed to a practically satisfactory level. However, conventionally, there has been no technology that takes into account the suppression of the radial pocket gap as described above in terms of ensuring the measurement accuracy of the load applied to the rolling bearing unit.
又、転がり軸受ユニットが、外輪1の中心軸とハブ2の中心軸とをずらせる方向の大きなモーメント(こじりモーメント)を支承する状況下で使用される場合、単に総てのポケットに関して隙間を小さくすると、各転動体の公転速度のばらつきや各転動体の軌道の差異等に基づいて、何れかの転動体が、当該転動体を保持したポケットの内面を強く押す。そして、保持器の内部に、この保持器を変形させようとする荷重が発生して、この保持器が破損する可能性を生じる。更に別の問題として、各転動体の転動面に十分なグリースを付着させられなくなって、潤滑不良に基づく耐久性低下等の原因ともなる。この為、転がり軸受ユニットの使用状態によっては、総てのポケット隙間を小さくする事が好ましくない場合もある。
In addition, when the rolling bearing unit is used under the condition of supporting a large moment (torsional moment) in a direction in which the central axis of the
この様な事情に鑑み、特願2003−321048号には、図22〜23に示す様な構造で、公転速度検出用エンコーダの振れ回り運動を抑える発明が開示されている。このうちの図22に示した構造の場合には、保持器24a(24b)の円周方向に関して一部分に重り26を固定する事で、この部分の重量を他の部分よりも重くしている。各転動体9a、9a(9b、9b)の公転運動に伴って上記保持器24a(24b)が回転すると、この保持器24a(24b)は、上記重り26を設けた部分が最も径方向外方に変位した状態で振れ回り運動する。更に、上記保持器24a(24b)のリム部27の側面に対する上記公転速度検出用エンコーダ25a(25b)の組み付け位置を、上記重り26の取付位置と180度反対側に、δ分だけずらせている。このδは、前記図20に示した偏心量δに見合うもので、上記ポケットの内面と上記転動面との間の隙間に基づく、上記保持器24a(24b)の径方向の変位分に相当する大きさとする。
In view of such circumstances, Japanese Patent Application No. 2003-32148 discloses an invention that suppresses the whirling motion of the revolution speed detecting encoder with a structure as shown in FIGS. In the case of the structure shown in FIG. 22 among these, the
この様に図22に示した構造の場合、上記保持器24a(24b)の振れ回り方向を一義的に規制すると共に、この保持器24a(24b)に対する上記公転速度検出用エンコーダ25a(25b)の組み付け位置を、上記振れ回り方向に対して直径方向反対側に、上記保持器24a(24b)の径方向の変位分だけずらせている。従って、上記各転動体9a、9a(9b、9b)の公転時に、上記保持器24a(24b)の振れ回り運動に拘らず、上記公転速度検出用エンコーダ25a(25b)の回転中心と幾何中心とが一致する。この為、前記公転速度検出用センサ23a(23b)の検出信号中に、前記図21に鎖線αに示した様な低周波の変動が入り込む事を防止できる。尚、公転速度検出用エンコーダ25a(25b)の組み付け位置をずらさなくても(これら各エンコーダを各保持器に同心に支持しても)、上記重り26によって上記保持器24a(24b)は、一定方向に変位したままの状態となり、安定した振れ回り運動をする。従って、上記各エンコーダ25a(25b)を上記各保持器24a(24b)に同心に支持しても、公転速度を表す信号を、適応フィルタやノッチフィルタ等で適切に演算処理すれば、公転速度検出用センサの検出信号から、前記図21に鎖線αに示した様な、低周波の変動を除去(補正)できる。
In the case of the structure shown in FIG. 22 as described above, the swinging direction of the
又、図23に示した構造の場合には、公転速度検出用エンコーダ25a(25b)を保持器24a(24b)に対し、互いに幾何中心同士を一致させた状態で支持固定している。そして、この保持器24a(24b)の径方向に関する位置決めを、この保持器24a(24b)の内周面の一部を、ハブ2の外周面に近接対向させる、内輪案内により行なっている。この様に構成する為、各転動体9a(9b)の公転運動に伴って上記保持器24a(24b)が回転した場合に、この保持器24a(24b)が殆ど振れ回り運動せず、公転速度検出用センサの検出信号中に、上記図21に鎖線αに示した様な低周波の変動が入り込む事を防止できる。
Further, in the case of the structure shown in FIG. 23, the revolution
上記図22に示した構造の場合、上記保持器24a(24b)の振れ回り方向を一義的に規制する為には、前記重り26に作用する遠心力を或る程度大きくして、上記保持器24a(24b)を確実にこの重り26を設置した方向に変位させる必要がある。但し、遠心力は回転速度{各転動体9a(9b)の公転速度}の二乗に比例する為、低速走行時から上記保持器24a(24b)の振れ回り方向を規制する為には、上記重り26として重量の嵩むものを使用する必要がある。ところが、重量の嵩む重り26は、高速走行時に過大な遠心力を発生して、上記保持器24a(24b)を破損させる原因となる可能性を生じる為、好ましくない。
又、図23に示した構造の場合、保持器24a(24b)の内周面とハブ2の外周面との間の隙間を小さくし過ぎると、温度変化による熱膨張(収縮)が生じた場合にこれら両周面同士が接触(隙間が喪失)して、正常に回転できなくなる可能性がある。特に、保持器24a(24b)がポリアミド樹脂の如き合成樹脂等、鋼以外の材料の場合には、鋼製であるハブ2と線膨張係数が異なる為に、使用温度の全範囲に亙って、上記隙間を小さく設定する事が難しい。
In the case of the structure shown in FIG. 22, in order to uniquely regulate the swinging direction of the
Further, in the case of the structure shown in FIG. 23, if the clearance between the inner peripheral surface of the
以上の説明は、各転動体の公転速度を正確に求める為に、これら各転動体を保持した保持器の振れ回り運動を抑える必要性に就いて述べた。但し、保持器の振れ回り運動を抑える事は、必ずしも各転動体の公転速度を正確に求める為以外の面からも必要になる。即ち、一般の転がり軸受ユニットの場合でも、保持器に設けた各ポケットの内面と各転動体の表面との間に存在する隙間が大き過ぎ、この保持器が振れ回り運動を中心とする不安定な動きを行なうと、所謂保持器音と呼ばれる騒音や振動が発生する問題がある。この様な騒音や振動が発生すると、保持器内部の応力が増大して、この保持器の破損等に繋がるだけでなく、当該転がり軸受ユニットが音響機器、精密機器等に組み込まれている場合には、当該機器の性能を悪化させてしまう。この様な面からも、転がり軸受ユニットに組み込んだ保持器の振れ回り運動を抑える必要がある。 In the above description, in order to accurately obtain the revolution speed of each rolling element, the necessity to suppress the swinging motion of the cage holding each rolling element has been described. However, it is always necessary to suppress the swinging motion of the cage from the aspect other than accurately obtaining the revolution speed of each rolling element. That is, even in the case of a general rolling bearing unit, the gap existing between the inner surface of each pocket provided in the cage and the surface of each rolling element is too large, and this cage is unstable due to the swinging motion. When a gentle movement is made, there is a problem that noise or vibration called so-called cage noise occurs. When such noise and vibration occur, the stress inside the cage increases, which not only leads to breakage of this cage, but also when the rolling bearing unit is incorporated in acoustic equipment, precision equipment, etc. Will degrade the performance of the device. Also from such a surface, it is necessary to suppress the whirling motion of the cage incorporated in the rolling bearing unit.
前述した通り、上記各ポケットの内面と各転動体の表面との間に存在する隙間を小さくすれば上記振れ回り運動を抑える事はできるが、転がり軸受ユニットに加わる荷重の測定精度を確保する面から、上述の様な径方向のポケット隙間を小さく抑える事に就いて従来は特に考慮されてはいなかった。仮に考慮したとしても、総てのポケットと転動体とに関して上記隙間を小さくすると、各転動体の公転速度のばらつきに基づいて、何れかの転動体が、当該転動体を保持したポケットの内面を強く押し、保持器の内部に、この保持器を変形させようとする荷重が発生して、この保持器が破損する可能性を生じる。又、上記隙間は、上記各ポケット内にグリ−スを取り込んでこれら各ポケットの内面と上記各転動体の表面との間を潤滑する他、このグリースを溜めて、これら各転動面と外輪軌道及び内輪軌道との間の転がり接触部を潤滑する為に必要である。従って、総てのポケットに関して、各ポケットの内面と各転動体の表面との間に存在する隙間を小さくすると、転がり軸受ユニットの潤滑状態が不良になり易くなる為、好ましくない場合もある。 As described above, if the gap between the inner surface of each pocket and the surface of each rolling element is reduced, the whirling motion can be suppressed, but the surface that ensures the measurement accuracy of the load applied to the rolling bearing unit. Therefore, conventionally, no particular consideration has been given to reducing the radial pocket gap as described above. Even if it is considered, if the gap is reduced with respect to all pockets and rolling elements, any of the rolling elements may change the inner surface of the pocket holding the rolling elements based on the variation in the revolution speed of each rolling element. A strong load is applied to the inside of the cage to cause deformation of the cage, which may cause the cage to break. In addition to taking in grease into the pockets and lubricating between the inner surfaces of the pockets and the surfaces of the rolling elements, the gaps collect grease and store the rolling surfaces and outer rings. Necessary for lubricating the rolling contact between the track and the inner ring track. Therefore, if the gap between the inner surface of each pocket and the surface of each rolling element is made small for all pockets, the lubrication state of the rolling bearing unit tends to be poor, which may not be preferable.
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、各転動体を保持した保持器の振れ回り運動を、低速回転時から確実に抑えられる転がり軸受ユニットを実現すべく発明したものである。更に、必要とすれば、転がり軸受ユニットが、外輪相当部材の中心軸と内輪相当部材の中心軸とをずらせる方向の大きなモーメントを支承する状況下で使用される場合であっても、保持器に無理な力が加わる事を防止し、且つ、潤滑性を確保できる構造を実現可能とすべく発明したものである。 The present invention has been invented to realize a rolling bearing unit that can reliably suppress the swinging motion of the cage holding each rolling element from the time of low-speed rotation in view of the circumstances as described above. Furthermore, if necessary, even when the rolling bearing unit is used under the condition of supporting a large moment in a direction in which the central axis of the outer ring equivalent member and the central axis of the inner ring equivalent member are displaced, the cage The invention was invented to make it possible to realize a structure that prevents excessive force from being applied and that can ensure lubricity.
本発明(請求項1〜11に係る発明)、並びに、本発明に関連する参考発明(第1〜第7参考発明)の転がり軸受ユニットは何れも、従来から知られている転がり軸受ユニットと同様に、内周面に複列の外輪軌道を有する外輪相当部材と、外周面に複列の内輪軌道を有する内輪相当部材と、これら両外輪軌道と両内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、それぞれの内側にこれら各転動体を保持する為の複数のポケットを備えた保持器とを備える。この保持器の径方向に関する位置決めは、これら各ポケットの内面と上記各転動体の表面との係合に基づく、所謂転動体案内により図っている。そして、自動車の懸架装置と車輪との間に設けられ、この懸架装置に対しこの車輪を回転自在に支持する為に利用される。
The rolling bearing units of the present invention (the inventions according to
特に、第1参考発明に係る転がり軸受ユニットに於いては、上記各転動体の公転運動に伴って上記保持器が径方向に変位する振れ回り運動の両振幅を、この保持器の一部にこの保持器と同心に設けられた公転速度検出用エンコーダの(被検出面の)ピッチ円直径の1%以下としている。
尚、この様な第1参考発明を実施する場合に好ましく採用できる構成を備えた、第2、第5、第6参考発明に就いては、後述する。
これに対して、第3参考発明に係る転がり軸受ユニットに於いては、上記各転動体の転動面と上記各ポケットの内面との間に存在する、上記保持器の径方向に関するポケット隙間の値を、この保持器の一部にこの保持器と同心に設けられた公転速度検出用エンコーダの(被検出面の)ピッチ円直径の1%以下としている。
尚、この様な第3参考発明を実施する場合に好ましく採用できる構成を備えた、第4〜第6参考発明に就いては、後述する。
In particular, in the rolling bearing unit according to the first reference invention, both amplitudes of the swinging motion in which the cage is displaced in the radial direction as the rolling motions of the rolling elements are included in a part of the cage. It is 1% or less of the pitch circle diameter (of the surface to be detected) of the revolution speed detecting encoder provided concentrically with the cage.
The second, fifth, and sixth reference inventions having a configuration that can be preferably adopted when implementing the first reference invention will be described later.
On the other hand, in the rolling bearing unit according to the third reference invention, the pocket clearance in the radial direction of the cage, which exists between the rolling surface of each rolling element and the inner surface of each pocket. The value is set to 1% or less of the pitch circle diameter (of the surface to be detected) of the revolution speed detecting encoder provided concentrically with the cage in a part of the cage.
The fourth to sixth reference inventions having a configuration that can be preferably employed when implementing the third reference invention will be described later.
又、第7参考発明に係る転がり軸受ユニットに於いては、上記各ポケットのピッチ円直径と上記各転動体のピッチ円直径とを互いに異ならせている。
更に、請求項1に記載した、本発明の転がり軸受ユニットに於いては、上記各ポケットの内面と上記各転動体との間に存在する隙間に基づき上記保持器の中心軸に直交する仮想平面に関して存在する、これら各転動体毎に2通りずつ、全体で転動体の数の2倍の数だけ存在する自由度のうち、上記保持器毎に3通りの自由度に関する隙間を、残りの自由度に関する隙間よりも小さくする事により、上記保持器の径方向に関する変位を制限(実質的に阻止)している。更に、上記各転動体の公転速度に一致する上記保持器の回転速度を測定する為の公転速度検出用センサを備え、この公転速度検出用センサの検出信号を、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材との間に加わる荷重を求める為に利用する。
In the rolling bearing unit according to the seventh reference invention, the pitch circle diameters of the pockets and the pitch circle diameters of the rolling elements are different from each other.
Furthermore, in the rolling bearing unit according to the first aspect of the present invention, a virtual plane orthogonal to the central axis of the cage based on a gap existing between the inner surface of each pocket and each rolling element. present for, by two ways for each respective rolling bodies, among the degrees of freedom that exist only the number of twice the number of total rolling elements, the gap relating to the degree of freedom of 3 types for each of the retainer, the free remaining By making it smaller than the clearance related to the degree, the displacement in the radial direction of the cage is limited (substantially blocked). Further, a revolution speed detection sensor for measuring the rotation speed of the cage that matches the revolution speed of each rolling element is provided, and the detection signal of the revolution speed detection sensor is equivalent to the outer ring equivalent member and the inner ring equivalent. It is used to determine the load applied between the members.
第1、第3各参考発明に係る転がり軸受ユニットによれば、保持器の径方向に関する振れを小さく抑えられて、この保持器に設置した公転速度検出用エンコーダに基づく各転動体の公転速度、延いてはこの公転速度に基づいて算出される、外輪相当部材と内輪相当部材との間に加わる荷重を正確に求められる。以下、上記第1、第3各参考発明が採用する条件により、この荷重を求める面から、上記公転速度の測定精度を確保できる理由に就いて説明する。 According to the rolling bearing unit according to each of the first and third reference inventions, the rotational speed of each rolling element based on the revolution speed detection encoder installed in the cage can be suppressed to a small extent in the radial direction of the cage. As a result, the load applied between the outer ring equivalent member and the inner ring equivalent member, which is calculated based on the revolution speed, can be accurately obtained. Hereinafter, the reason why the measurement accuracy of the revolution speed can be secured from the aspect of obtaining the load under the conditions adopted by the first and third reference inventions will be described.
前述した図18から明らかな通り、外輪相当部材と内輪相当部材との間に横方向荷重が加わると、これら外輪相当部材と内輪相当部材との間に配置した転動体の公転速度は確実に変化する。但し、この公転速度の変化量は、車輪支持用転がり軸受ユニットに作用し得る横方向荷重の大きさを考慮した場合で、2〜3%程度に過ぎない。上下方向荷重に関しては、車両の走行安定性確保の面からは、横方向荷重の場合に比べて重要性が低い為、図示はしないが、上下方向荷重に関しても、変化の程度はほぼ同じである。従って、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材との間に作用する荷重を、車両の走行安定性確保の為に必要とされる程度の精度で求める為には、上記各転動体の公転速度を高精度で検出する必要がある。具体的には、この公転速度を、±0.1%程度の精度で検出する必要がある。 As is clear from FIG. 18 described above, when a lateral load is applied between the outer ring equivalent member and the inner ring equivalent member, the revolution speed of the rolling elements arranged between the outer ring equivalent member and the inner ring equivalent member is reliably changed. To do. However, the amount of change in the revolution speed is only about 2 to 3% in consideration of the amount of lateral load that can act on the wheel bearing rolling bearing unit. Although the vertical load is less important than the lateral load in terms of ensuring the vehicle's running stability, the degree of change in the vertical load is almost the same, although not shown. . Therefore, in order to obtain the load acting between the outer ring equivalent member and the inner ring equivalent member with the accuracy required for ensuring the running stability of the vehicle, the revolution speed of each rolling element is determined. It is necessary to detect with high accuracy. Specifically, it is necessary to detect this revolution speed with an accuracy of about ± 0.1%.
この公転速度を、この様な高精度で検出する為には、公転速度検出用エンコーダのピッチ精度を高める事が重要である事は勿論、この公転速度検出用エンコーダを設置した保持器の振れ回り運動を抑制する事も重要になる。即ち、前述の図20〜21を使用して説明した様に、上記各転動体のピッチ円の中心と上記保持器の回転中心とがずれて、上記公転速度検出用エンコーダが振れ回り運動すると、上記各転動体の公転速度の検出精度が悪化する。振れ回り運動の次数は公転一次成分が顕著であるが、より低次の振れ回り運動も存在する。例えば公転0.2次〜0.5次程度、具体的には0.35次程度の振れ回り運動が問題となる場合もあり、しかも、この問題となる振れ回り運動の次数は安定していない場合が多い。 In order to detect this revolution speed with such high accuracy, it is important to increase the pitch precision of the revolution speed detection encoder, and of course, the swing of the cage in which this revolution speed detection encoder is installed. It is also important to suppress exercise. That is, as described with reference to FIGS. 20 to 21 described above, when the center of the pitch circle of each rolling element deviates from the rotation center of the cage, and the revolving speed detection encoder swings, The detection accuracy of the revolution speed of each rolling element is deteriorated. The order of the swinging motion has a revolving primary component, but there is a lower-order swinging motion. For example, there may be a case where the swinging motion of revolution 0.2 to 0.5, specifically about 0.35, becomes a problem, and the order of the swinging motion which is a problem is not stable. There are many cases.
公転一次成分の様に、振れ回り運動の次数が安定している場合には、ノッチフィルタや適応フィルタ等によるデータ処理で対処できるが、次数が安定していない振れ回り運動に基づく検出誤差に関しては、この様なデータ処理では対応できない。この場合には、カットオフ周波数範囲を広くとれるローパスフィルタ等によるデータ処理で対応するか、振れ回り運動そのものを抑制する事が重要である。ローパスフィルタによって公転0.35次付近の誤差成分を、約10dB(約1/3.2)程度は減衰させる事ができる。勿論、減衰量10dBという値は、使用するローパスフィルタの特性、或はアナログフィルタ、デジタルフィルタの違いによっても異なるが、除去すべき周波数帯域が公転0.35次付近と低い周波数であるので、実際には、上記減衰量10dB(約1/3.2)なる値が、上記ローパスフィルタを使用する事による減衰が期待できる、最良の値(最大値)である。従って、前述した様に、公転速度を±0.1%程度の精度で検出する為には、上記ローパスフィルタによる減衰量10dB(約1/3.2)を考慮しても、このローパスフィルタによるデータ処理前の公転速度の検出精度を、±0.32%以下に抑え(±0.32%よりも良好にし)なければならない。
If the order of the whirling motion is stable like the revolution primary component, it can be dealt with by data processing with a notch filter or adaptive filter, but with regard to detection error based on whirling motion whose order is not stable Such data processing cannot be supported. In this case, it is important to cope with data processing by a low-pass filter or the like that can widen the cutoff frequency range, or to suppress the whirling motion itself. An error component in the vicinity of the revolution 0.35 order can be attenuated by about 10 dB (about 1 / 3.2) by the low-pass filter. Of course, the attenuation value of 10 dB differs depending on the characteristics of the low-pass filter used, or the difference between the analog filter and the digital filter, but since the frequency band to be removed is a low frequency around the revolution 0.35th order, The value of the attenuation of 10 dB (about 1 / 3.2) is the best value (maximum value) that can be expected to be attenuated by using the low-pass filter. Therefore, as described above, in order to detect the revolution speed with an accuracy of about ± 0.1%, the low-pass filter can be used even if the
この様に、ローパスフィルタによるデータ処理前の公転速度の検出精度を±0.32%以下に抑える為には、振れ回り運動の次数を公転0.35次とすると、次の(2)式に示す様に、振れ回り運動の両振幅は、エンコーダのピッチ円直径の約1%以下とする必要がある。
A/PCD=ε/n=0.0032/0.35≒0.0091≒1%−−− (2)
この(2)式中、Aは振れ回り運動の両振幅を、PCDは公転速度検出用エンコーダのピッチ円直径を、εは必要とする公転速度の検出精度(0.32%=0.0032)を、nは振れ回り運動の次数を、それぞれ表している。
In this way, in order to suppress the detection accuracy of the revolution speed before data processing by the low-pass filter to ± 0.32% or less, assuming that the order of the swing motion is 0.35 order of revolution, the following equation (2) is obtained. As shown, both amplitudes of the whirling motion need to be about 1% or less of the pitch circle diameter of the encoder.
A / PCD = ε / n = 0.0032 / 0.35≈0.0091≈1% (2)
In this equation (2), A is the amplitude of the swing motion, PCD is the pitch circle diameter of the revolution speed detection encoder, and ε is the required revolution speed detection accuracy (0.32% = 0.002). And n represents the order of the whirling motion.
即ち、上記(2)式から明らかな通り、上記データ処理前の公転速度の検出精度を良好にする為には、上記振れ回り運動の両振幅Aを、上記公転速度検出用エンコーダのピッチ円直径PCDとの関係で小さく抑える事が有効である。具体的には、上記検出精度を±0.32%以下に抑える為には、上記両振幅Aを、上記ピッチ円直径PCDの約1%以下とする必要がある。この両振幅Aを上記ピッチ円直径PCDの約1%以下に抑える為には、各転動体の転動面と保持器の各ポケットの内面との間に存在する、この保持器の径方向に関するポケット隙間の値を小さくする事が有効である。上記振れ回り運動の両振幅はこのポケット隙間を越えて大きくなる事はない。従って、このポケット隙間を上記ピッチ円直径PCDの1%以下に設定すれば、ローパスフィルタ処理前の公転速度の検出精度を±0.32%以下に抑え、このローパスフィルタ処理後の公転速度の検出精度を±0.1%以下にできる。そして、この公転速度に基づいて、外輪相当部材と内輪相当部材との間に加わる荷重を、精度良く求める事ができる。この様な効果は、図1に示した様な、軸方向片側面を被検出面とした、アキシアル対向型の公転速度検出用エンコーダ25であっても、図2に示す様に周面を被検出面とした、ラジアル対向型の公転速度検出用エンコーダ25であっても、同様に得られる{上記(2)式は成り立つ。}。
That is, as apparent from the above equation (2), in order to improve the detection accuracy of the revolution speed before the data processing, both amplitudes A of the swing motion are set to the pitch circle diameter of the revolution speed detection encoder. It is effective to keep it small in relation to PCD. Specifically, in order to suppress the detection accuracy to ± 0.32% or less, both the amplitudes A need to be about 1% or less of the pitch circle diameter PCD. In order to suppress both amplitudes A to about 1% or less of the pitch circle diameter PCD, the radial direction of the cage exists between the rolling surface of each rolling element and the inner surface of each pocket of the cage. It is effective to reduce the pocket clearance value. Both amplitudes of the swinging motion do not increase beyond this pocket gap. Therefore, if this pocket gap is set to 1% or less of the pitch circle diameter PCD, the detection accuracy of the revolution speed before the low-pass filter process is suppressed to ± 0.32% or less, and the revolution speed after the low-pass filter process is detected. The accuracy can be ± 0.1% or less. Based on this revolution speed, the load applied between the outer ring equivalent member and the inner ring equivalent member can be obtained with high accuracy. Such an effect can be obtained by using the axially opposed type revolution
上述の様な第1、第3各参考発明に係る転がり軸受ユニットは、上記外輪相当部材と内輪相当部材との間に加わる荷重に、これら両部材の中心軸同士をずらせる方向の大きなモーメント(こじりモーメント)が加わらない場合に有効である。これに対して、上記両部材同士の間に大きなこじりモーメントが加わる状況で使用される転がり軸受ユニットの場合には、必ずしも十分な実用性能を得られない可能性がある。即ち、大きなこじりモーメントが作用すると、上記両部材同士の間に存在する転動体の配置が乱れる。具体的には、同一の列の転動体の中心点が同一平面上に存在しない状態となる。この様な状態で、総ての転動体に関して、それぞれの転動面とポケットの内面との間のポケット隙間が小さいと、何れかの転動体の転動面が、当該転動体を保持したポケットの内面に強く押し付けられる。この結果、当該転動体が正常に自転ができなくなったり、保持器が破損する可能性がある。 The rolling bearing unit according to each of the first and third reference inventions as described above has a large moment in the direction in which the central axes of these two members are displaced from each other by the load applied between the outer ring equivalent member and the inner ring equivalent member. This is effective when no twisting moment is applied. On the other hand, in the case of a rolling bearing unit used in a situation where a large twisting moment is applied between the two members, there is a possibility that sufficient practical performance may not be obtained. That is, when a large twisting moment acts, the arrangement of the rolling elements existing between the two members is disturbed. Specifically, the center points of the rolling elements in the same row do not exist on the same plane. In this state, with respect to all the rolling elements, if the pocket clearance between the respective rolling surfaces and the inner surface of the pocket is small, the rolling surface of any of the rolling elements is the pocket that holds the rolling element. It is strongly pressed against the inner surface. As a result, the rolling element may not be able to rotate normally or the cage may be damaged.
この様な場合には、本発明の構造により、保持器の振れ回り運動を抑える事が有効である。この本発明の転がり軸受ユニットの場合には、互いに平行でない方向に関する、任意の3通りの自由度に関する隙間を小さくしている為、保持器の径方向に関する変位を、これら3通りの自由度に関する隙間に合わせて小さくできる。即ち、面方向の変位を抑える面から、機構学的に必要十分条件となる3通りの自由度に関する隙間のみを小さく設定する事で、転動体から保持器に、この保持器を変形させようとする大きな荷重が加わる事を防止しつつ、この保持器が径方向に変位する事、言い換えればこの保持器が大きな隙間の範囲内でランダムに動き回る振れ回り運動を抑制できる。
又、本発明では、寸法が小さい(例えば内径が10mm程度)ポケット部で隙間を小さくするので、前述の、図23に示した従来例の様に、熱膨張(収縮)による寸法変化が問題になりにくい。
In such a case, it is effective to suppress the swinging motion of the cage by the structure of the present invention . In the case of the rolling bearing unit according to the present invention, since the gaps related to arbitrary three degrees of freedom related to directions that are not parallel to each other are reduced, the displacement in the radial direction of the cage is related to these three kinds of degrees of freedom. Can be reduced to fit the gap. That is, from the aspect of suppressing the displacement in the surface direction, by setting only the gaps related to the three degrees of freedom that are necessary and sufficient in terms of mechanism, it is intended to deform the cage from the rolling element to the cage. The cage is displaced in the radial direction while preventing a large load from being applied, in other words, the whirling motion of the cage moving randomly within a large gap can be suppressed.
Further, in the present invention , since the gap is reduced in the pocket portion having a small dimension (for example, an inner diameter of about 10 mm), the dimensional change due to thermal expansion (shrinkage) becomes a problem as in the conventional example shown in FIG. Hard to become.
即ち、保持器24の中心軸に直交する仮想平面上でのこの保持器24の自由度を考えた場合、図3に示す様に、回転方向の自由度Rxと、何れかの方向の自由度yと、この方向に対し直角方向の自由度zとの3通りの自由度が考えられる。機構学的に考えた場合、上記仮想平面上で上記保持器24に関するこれら3通りの自由度Rx、y、zを規制する為には、この仮想平面上で、3通りの自由度を制限すれば良い事になる。従って、上記仮想平面上で各転動体毎に径方向と円周方向との2通り、転がり軸受ユニット全体でこれら各転動体の数の2倍存在する自由度のうちから適宜選択した3通りの自由度を制限すれば、上記仮想平面上で上記保持器24の変位を制限して、この保持器24の振れ回り運動を、実用上問題ない程度に抑えられる。
That is, when considering the degree of freedom of the
尚、本発明は、上述の様に各転動体の数の2倍存在する自由度のうちから適宜選択した3通りの自由度を制限する事が重要である。制限する自由度の数が3通りよりも少ない場合には、上記振れ回り運動を抑える事ができない。これに対して、3通りよりも多い場合には、この振れ回り運動を抑える事はできるが、保持器24の損傷防止効果が損なわれる。即ち、制限した自由度が4通り以上の場合には、少しの寸法誤差や、これら4通り以上の自由度に関連した各転動体の公転速度が僅かに相違しただけでも、何れかの転動体がポケットの内面を強く押圧し、上記保持器24の内部に、この保持器24の損傷に結び付く様な大きな応力を発生させる可能性を生じる。制限する自由度の数を3通りにすれば、この様な問題を生じる事はない。
In the present invention , it is important to limit the three degrees of freedom appropriately selected from the degrees of freedom existing twice as many as the number of rolling elements as described above. When the number of degrees of freedom to be limited is less than three, the above-mentioned whirling movement cannot be suppressed. On the other hand, when the number is more than three, the whirling motion can be suppressed, but the damage prevention effect of the
尚、上記3通りの自由度のうちの2通り以上の自由度に関して、円周方向に関する自由度を制限した場合には、当該部分の転動体の公転速度の相違により、転動体の表面とポケットの内面とが押し付け合う事が考えられる。この様な場合には、上記保持器24が径方向に変位する事で、この保持器24に過大な応力が生じるのを防止するが、この際の径方向変位は、極く僅かである為、殆ど無視できる。仮に、本発明の様に、保持器24の公転速度を精度良く測定する必要から、この径方向変位が無視できない場合であっても、この振れ回りは安定した、規則性のある運動となる為に、公転速度を表す信号を、適応フィルタやノッチフィルタ等で適切に演算処理すれば、公転速度検出用センサの検出信号に対して、前記図21に鎖線αに示した様な低周波の変動を補正できる。
When the degree of freedom in the circumferential direction is limited with respect to two or more degrees of freedom among the above three kinds of degrees of freedom, the surface of the rolling element and the pocket due to the difference in the revolution speed of the rolling element in the part. It can be considered that the inner surface of each other is pressed against each other. In such a case, the
又、本発明の場合には、一部(2〜3個所)のポケットに関して、当該ポケットの内面と転動体の表面との間の隙間を小さくするだけであり、他のポケットに関する隙間を十分に確保できるので、潤滑性能を損なわずに済む。又、上記一部のポケットに関しても、保持器の軸方向に関する隙間を確保する事で、必要な潤滑性能を得られる。この為、前述した様に、大きなこじりモーメントが加わる状況で使用される転がり軸受ユニットの場合でも、必要十分な実用性能を得られる。 In the case of the present invention, with respect to some (2 to 3) pockets, only the gap between the inner surface of the pocket and the surface of the rolling element is made small. As a result, the lubrication performance is not impaired. In addition, with respect to the above-mentioned part of the pockets, the necessary lubrication performance can be obtained by securing a clearance in the axial direction of the cage. Therefore, as described above, necessary and sufficient practical performance can be obtained even in the case of a rolling bearing unit used in a situation where a large twisting moment is applied.
第1参考発明を実施する場合に好ましくは、第2参考発明の様に、両振幅の値を、公転速度検出用エンコーダのピッチ円直径の0.3%以下とする。又、第3参考発明を実施する場合に好ましくは、第4参考発明の様に、ポケット隙間の値を、公転速度検出用エンコーダのピッチ円直径の0.3%以下とする。
この様にすれば、ローパスフィルタを使用する事に伴う応答性の悪化を防止し、しかも、各転動体の公転速度を、必要とする精度で求められる。この点に就いて、以下に説明する。
When implementing the first reference invention, it is preferable to set both amplitude values to 0.3% or less of the pitch circle diameter of the revolution speed detecting encoder as in the second reference invention. Further, when implementing the third reference invention, preferably, the pocket clearance value is set to 0.3% or less of the pitch circle diameter of the revolution speed detecting encoder as in the fourth reference invention.
In this way, it is possible to prevent the deterioration of the responsiveness associated with the use of the low-pass filter and to obtain the revolution speed of each rolling element with the required accuracy. This point will be described below.
公転速度検出用センサの検出信号をローパスフィルタを用いて処理し、この検出信号中に含まれる、保持器の振れ回り運動に基づく誤差を抑えると、この検出信号に基づいて公転速度を求め、更に外輪相当部材と内輪相当部材との間に加わる荷重を算出する処理の応答性が悪化する。従って、ローパスフィルタを使用して上記誤差を抑えられる対象は、多少の応答遅れが存在しても問題とはなりにくい場合に限られる。例えば、自動車の車輪を支持する為の転がり軸受ユニットの場合に就いて言えば、自動車が緩いカーブを走行中に、この転がり軸受ユニットにより支持した車輪(タイヤ)による路面グリップ力を検出する様な場合である。又、産業機械に組み込まれている転がり軸受ユニットに作用する荷重を検出する様な場合も、応答遅れは問題となりにくいので有効である。 When the detection signal of the revolution speed detection sensor is processed using a low-pass filter and the error included in the detection signal based on the swinging motion of the cage is suppressed, the revolution speed is obtained based on the detection signal, and The responsiveness of the process of calculating the load applied between the outer ring equivalent member and the inner ring equivalent member is deteriorated. Therefore, the object for which the above error can be suppressed by using the low-pass filter is limited to the case where it is difficult to cause a problem even if there is a slight response delay. For example, in the case of a rolling bearing unit for supporting the wheels of an automobile, the road surface grip force by the wheels (tires) supported by the rolling bearing unit is detected while the automobile is traveling on a gentle curve. Is the case. Also, when detecting a load acting on a rolling bearing unit incorporated in an industrial machine, it is effective because a response delay is unlikely to be a problem.
これに対して、例えば、自動車が高速走行中に突発的なレーンチェンジをした瞬間に上記路面グリップ力を求める様な場合には、優れた応答性を要求される。具体的には、ローパスフィルタを使用して、前述した公転0.35次付近の様な低い周波数帯域を減衰させる事はできない。この様な場合は、ローパスフィルタを使用せずに、この低い周波数帯域での公転速度検出用センサの検出信号の振れの減衰を図り、公転速度の検出精度を±0.1%以下にしなければならない。 On the other hand, for example, when the road grip force is obtained at the moment when the vehicle suddenly changes lane during high-speed traveling, excellent responsiveness is required. Specifically, it is not possible to attenuate a low frequency band such as the vicinity of the above described revolution 0.35 order using a low-pass filter. In such a case, without using a low-pass filter, the vibration of the detection signal of the revolution speed detection sensor in this low frequency band should be attenuated and the revolution speed detection accuracy must be ± 0.1% or less. Don't be.
上記公転速度の検出精度を±0.1%以下、振れ回り次数を公転0.35次とすると、次の(3)式に示す様に、振れ回り運動の両振幅は、エンコーダPCDの約0.3%以下とする必要がある。この(3)式中の符号の意味は、前述した(2)式と同様である。
A/PCD=ε/n=0.001/0.35≒0.0029≒0.3%
−−− (3)
上記振れ回り運動の両振幅を公転速度検出用エンコーダのピッチ円直径の約0.3%以下に抑える方法としては、ポケット隙間を小さくする事が有効である。前述した様に、振れ回り運動の両振幅がポケット隙間を越えて大きくなる事はないので、このポケット隙間を上記公転速度検出用エンコーダのピッチ円直径の0.3%以下に設定すれば、上記(3)式から明らかな通り、上記公転速度の検出精度を±0.1%以下に抑えられる。そして、この公転速度に基づいて、外輪相当部材と内輪相当部材との間に作用する荷重を、十分な精度で求められる。
Assuming that the detection accuracy of the revolution speed is ± 0.1% or less and the swing order is 0.35 order of revolution, as shown in the following equation (3), both amplitudes of the swing motion are about 0 of the encoder PCD. It should be 3% or less. The meaning of the symbols in the expression (3) is the same as that in the expression (2) described above.
A / PCD = ε / n = 0.001 / 0.35≈0.0029≈0.3%
---- (3)
As a method for suppressing both amplitudes of the swing motion to about 0.3% or less of the pitch circle diameter of the revolution speed detecting encoder, it is effective to reduce the pocket clearance. As described above, since both amplitudes of the swinging motion do not increase beyond the pocket gap, if this pocket gap is set to 0.3% or less of the pitch circle diameter of the revolution speed detection encoder, the above-mentioned As apparent from the equation (3), the detection accuracy of the revolution speed can be suppressed to ± 0.1% or less. And based on this revolution speed, the load which acts between an outer ring equivalent member and an inner ring equivalent member is calculated | required with sufficient precision.
但し、上記各ポケット隙間が小さくなり過ぎると、各転動体の転動面と各ポケットの内面との間にグリースが入り込みにくくなり(グリース潤滑性が阻害され)、転がり軸受ユニットの転がり疲れ寿命を低下させる原因となる為、好ましくない。経験上、上記ポケット隙間が50μm以下になると、潤滑性悪化による問題が発生する危険性が高くなる。従って、第6参考発明の様に、上記ポケット隙間は50μm以上とする事が好ましい。更に、このポケット隙間が100μm程度あれば、転動体直径の大小に拘わらず、上記潤滑性悪化による問題は殆ど発生しない。一方、上記各転動体の公転速度を精度良く求める為には、上記ポケット隙間は、潤滑性悪化による問題が発生しない範囲で、できるだけ小さく抑える事が好ましい。従って、上記公転速度検出用エンコーダのピッチ円直径の0.3%に相当する値が100μmを超える様な場合であっても、上記ポケット隙間を100μm程度にする事も可能である。即ち、第5参考発明の様に、ポケット隙間を100μm以下(50μm以上)に設定すれば、転がり軸受ユニットの寿命を低下させずに、公転速度の検出精度、更にはこの公転速度に基づく、外輪相当部材と内輪相当部材との間に作用する荷重の測定精度を確保できる。 However, if the pocket clearances are too small, grease will not easily enter between the rolling surfaces of the rolling elements and the inner surfaces of the pockets (grease lubrication will be hindered), which will increase the rolling fatigue life of the rolling bearing unit. It is not preferable because it causes a decrease. From experience, if the pocket gap is 50 μm or less, the risk of problems due to deterioration of lubricity increases. Therefore, as in the sixth reference invention, the pocket gap is preferably 50 μm or more. Furthermore, if the pocket clearance is about 100 μm, the problem due to the deterioration of the lubricity hardly occurs regardless of the diameter of the rolling element. On the other hand, in order to obtain the revolution speed of each rolling element with high accuracy, it is preferable to keep the pocket gap as small as possible without causing a problem due to deterioration in lubricity. Therefore, even when the value corresponding to 0.3% of the pitch circle diameter of the revolution speed detecting encoder exceeds 100 μm, the pocket gap can be set to about 100 μm. That is, if the pocket clearance is set to 100 μm or less (50 μm or more) as in the fifth reference invention, the outer ring is based on the detection accuracy of the revolution speed and further based on this revolution speed without reducing the life of the rolling bearing unit. The measurement accuracy of the load acting between the equivalent member and the inner ring equivalent member can be ensured.
又、第1、第3各参考発明を実施する場合に好ましくは、第7参考発明の様に、各ポケットのピッチ円直径と各転動体のピッチ円直径とを異ならせる。この場合、各ポケットのピッチ円直径と各転動体のピッチ円直径との何れを大きくするかは、適宜選択できる。何れを大きくした場合でも、上記各転動体の転動面と上記各ポケットの内面との間に存在する、保持器の径方向に関するポケット隙間の値を小さくできる。しかも、上記各転動体の転動面と上記各ポケットの内面との間に存在する、上記径方向の隙間以外の隙間を大きくして、これら各転動体の転動面と上記各ポケットの内面との間に潤滑剤を取り込み易くできる。尚、上記第7参考発明は、保持器に公転速度検出用エンコーダを装着していない構造に適用する事もできる。この場合には、保持器の径方向の振れ回りを抑えて、保持器音の発生防止を図れる。 Further, when implementing the first and third reference inventions, preferably, the pitch circle diameter of each pocket is made different from the pitch circle diameter of each rolling element as in the seventh reference invention . In this case, it is possible to appropriately select which of the pitch circle diameter of each pocket and the pitch circle diameter of each rolling element is increased. In any case, the value of the pocket clearance in the radial direction of the cage existing between the rolling surface of each rolling element and the inner surface of each pocket can be reduced. In addition, a gap other than the radial gap, which exists between the rolling surface of each rolling element and the inner surface of each pocket, is increased, and the rolling surface of each rolling element and the inner surface of each pocket are increased. The lubricant can be easily taken in between. The seventh reference invention can also be applied to a structure in which the revolving speed detection encoder is not attached to the cage. In this case, it is possible to prevent the cage noise from being generated by suppressing the radial swing of the cage.
例えば図10〜11は、第7参考発明に係る構造を示している。この図10〜11に示した構造の場合には、保持器24に設けた各ポケット28、28のピッチ円P28(各ポケット28、28の曲率半径の中心同士を結ぶ円)の直径を、これら各ポケット28、28内に保持された各転動体9、9のピッチ円P9 {これら各転動体9、9を外輪軌道7と内輪軌道8(図16、19参照)との間に配置した状態で、上記各転動体9、9の中心同士を結ぶ円}の直径よりも小さくしている(各ポケット28、28のピッチ円P28を各転動体9、9のピッチ円P9 の内径側に配置している)。
For example, FIGS. 10 to 11 show a structure according to the seventh reference invention . In the case of the structure shown in FIGS. 10 to 11, the diameter of the pitch circle P 28 of each
上記図10〜11に記載した構造は、この様に、各ポケット28、28のピッチ円P28を各転動体9、9のピッチ円P9 の内径側に配置して、これら両ピッチ円P28、P9 を一致させた場合に比べて、上記各ポケット28、28内で上記各転動体9、9が円周方向に動き得る量である、円周方向隙間Sを小さくしている。又、これら各転動体9、9と上記各ポケット28、28の内面とが当接する点を、これら各ポケット28、28のピッチ円P28よりも外径側(図示の例では、上記保持器24の径方向に関して、これら各ポケット28、28の外径側端部)に位置させている。
Structure described in FIG. 10-11, such as, by placing the pitch circle P 28 of each
即ち、本参考例の構造の場合には、上記各転動体9、9が上記各ポケット28、28内で上記保持器24の径方向外側にオフセットしているので、上記隙間Sが、上記各転動体9、9の直径Dと上記各ポケット28、28の内径Rとの差よりも小さくなっている(S<R−D)。又、上記オフセットに伴って、上記各転動体9、9の表面(転動面)と上記各ポケット28、28の内面とが当接する点が、これら各ポケット28、28の外径側端部に位置している。上記隙間Sの大きさは、例えば図16、19に示す様な、一般の乗用車の車輪を支持する為の転がり軸受ユニットの場合で、0.2〜0.4mm(S/2=0.1〜0.2mm)とする事が好ましい。
That is, in the case of the structure of this reference example, the rolling elements 9, 9 are offset in the
この程度の円周方向隙間Sは、転がり軸受ユニットにモーメントが負荷されて、総ての転動体9、9が一平面上に整列しない場合に発生する、これら各転動体9、9の公転速度の差(上記保持器24の回転に対するこれら各転動体9、9の進み・遅れ)を吸収する為に必要である。即ち、上記転がり軸受ユニットを自動車の車輪を懸架装置に支持する為に使用する場合、自動車の旋回時にこの転がり軸受ユニットに加わる大きなモーメントにより、静止輪(外輪1)と回転輪(ハブ2)との間にミスアライメント(中心軸同士の不一致)が生じる。このミスアライメントに基づいて、上記各転動体9、9と各軌道面(外輪軌道7及び内輪軌道8)との接触角が、これら各転動体9、9毎に不均一になり、これら各転動体9、9の公転速度に差が生じて、これら各転動体9、9の進み・遅れが生じる。
The circumferential clearance S of this degree is generated when a moment is applied to the rolling bearing unit and all the rolling elements 9, 9 are not aligned on one plane, and the revolution speeds of the respective rolling elements 9, 9 are generated. In order to absorb the difference (the advance / delay of each of the rolling elements 9, 9 with respect to the rotation of the cage 24). That is, when the rolling bearing unit is used to support the wheel of an automobile on a suspension device, the stationary wheel (outer ring 1) and the rotating wheel (hub 2) are caused by a large moment applied to the rolling bearing unit when the automobile turns. Misalignment (misalignment between central axes) occurs between the two. Based on this misalignment, the contact angles between the rolling elements 9 and 9 and the raceway surfaces (the
この進み・遅れの円周上での距離の差は、上記モーメントの大きさ等の条件によって変化するが、上記自動車の車輪を支持する為の転がり軸受ユニットの場合で、最大0.2mm程度になる。そこで、上述の様に、上記隙間Sを0.2mm以上とすれば、上記各転動体9、9の進み・遅れにより、これら各転動体9、9が上記保持器24の柱部を強く押す事を防止して、これら各転動体9、9からこの保持器24に過大なストレスが加わらない様にできる。尚、上記円周方向隙間Sの増大は、上記保持器24が径方向に変位する振れ回り運動に結び付くので、上記隙間Sを0.4mm以下に抑える。これに対して、上記各ポケット28、28内で上記各転動体9、9が軸方向(図10の左右方向、図11の表裏方向)に動き得る量である、軸方向隙間は、上記振れ回り運動に結び付く事はない。従ってこの軸方向隙間は、上記各ポケット28、28の内面形状を工夫する事により、適宜大きくして、これら各ポケット28、28の内面と上記各転動体9、9の外面(転動面)との間にグリースを取り込み易くする。
The difference in the distance on the circumference of the advance / delay varies depending on conditions such as the magnitude of the moment, but in the case of the rolling bearing unit for supporting the wheel of the automobile, the maximum is about 0.2 mm. Become. Therefore, as described above, if the gap S is 0.2 mm or more, the rolling elements 9 and 9 strongly press the column portion of the
又、図12は、第7参考例に係る構造を示している。この図12に示した構造の場合には、保持器24に設けた各ポケット28のピッチ円P28´の直径を、これら各ポケット28内に保持された各転動体9のピッチ円P9 ´の直径よりも大きくしている(各ポケット28のピッチ円P28´を各転動体9のピッチ円P9 ´の外径側に配置している)。そして、これら各転動体9と上記各ポケット28の内面とが当接する点を、これら各ポケット28のピッチ円P28´よりも内径側(図示の例では、上記保持器24の径方向に関して、これら各ポケット28の内径側端部)に位置させている。この様な構造でも、これら各ポケット28の内面と上記各転動体9の外面との間にグリースを取り込み易くしつつ、上記保持器24の振れ回り運動を抑えられる。
FIG. 12 shows a structure according to a seventh reference example . In the case of the structure shown in FIG. 12, the diameter of the pitch circle P 28 ′ of each
尚、図12に示した構造も、上述した図10〜11に示した構造と同様に、保持器24の径方向に関する振れ回り運動を抑えられる。但し、この振れ回り運動をより効果的に抑える面からは、図10〜11に示した様に、各転動体9、9と上記各ポケット28、28の内面とが当接する点を、これら各ポケット28、28の外径側端部に位置させる構造が好ましい。この理由は、上記各転動体9、9の転動面のうちで自転軸から最も遠い部分(所謂赤道部分)と係合する部分の形状が、外径側(図10のA点)では保持器24の中心軸と平行な円筒面であるのに対して、内径側(図10のB点)では(ハブの外周面との干渉防止の為)この中心軸に対し傾斜した傾斜面である為である。上記保持器24の動き量を正確に規定すべく、上記各転動体9、9の赤道部分に近接させる為には、単なる円筒面であるA点部分で行なう方が、傾斜面であるB点部分で行なうよりも容易である。
In addition, the structure shown in FIG. 12 can also suppress the whirling motion in the radial direction of the
次に、本発明を実施する場合に好ましい形態の6例に就いて、図4〜9により説明する。尚、これら図4〜9は、転動体と保持器のポケットとの係合部の自由度を示す為の模式図であり、この係合部の自由度の方向及び大きさに影響を及ぼす、上記ポケットの内面と上記転動体の表面との間の隙間の大小を、真円及び長円で表している。このうちの真円は、当該転動体と保持器のポケットとの係合部の自由度が実質的に存在しない(ポケット内に転動体を、径方向及び円周方向に関して拘束した状態で保持している)状態を表している。これに対して、長円は、幅方向に関しては実質的に自由度が存在しないが、長さ方向に関しては自由度が存在する事を表している。即ち、円周方向に長い長円は、ポケット内に転動体を、径方向に関してのみ拘束し、円周方向の変位は許容した状態で保持している事を表している。又、径方向に長い長円は、ポケット内に転動体を、円周方向に関してのみ拘束し、径方向の変位は許容した状態で保持している事を表している。尚、図4〜9に示した保持器は、あくまでも本発明を模式的に示す為のものであって、本発明を実施する場合に使用する保持器の型式を表しているものではない。本発明を実施する場合には、冠型やもみ抜き型等、転動体を保持する為に従来から知られている、各種型式の保持器を使用できる。 Next, six examples of preferred embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to FIGS. 4 to 9 are schematic diagrams for showing the degree of freedom of the engaging portion between the rolling element and the pocket of the cage, which affects the direction and size of the degree of freedom of the engaging portion. The size of the gap between the inner surface of the pocket and the surface of the rolling element is represented by a perfect circle and an ellipse. Of these, the perfect circle has substantially no degree of freedom of the engaging portion between the rolling element and the pocket of the cage (the rolling element is held in the pocket while being constrained in the radial direction and the circumferential direction). Status). On the other hand, an ellipse indicates that there is substantially no degree of freedom in the width direction, but there is a degree of freedom in the length direction. That is, an ellipse that is long in the circumferential direction represents that the rolling element is constrained only in the radial direction in the pocket and held in a state in which the circumferential displacement is allowed. The ellipses that are long in the radial direction indicate that the rolling elements are constrained only in the circumferential direction in the pocket and are held in a state in which the radial displacement is allowed. The retainers shown in FIGS. 4 to 9 are merely for schematically illustrating the present invention, and do not represent the type of the retainer used in carrying out the present invention . In carrying out the present invention , various types of cages conventionally known for holding the rolling elements such as a crown type and a machined die can be used.
先ず、図4は、好ましい形態の第1例として、請求項2に係る発明を示している。本例の場合、図4の上部に示した、1組の転動体及びポケット28での径方向の自由度及び円周方向部分の自由度に関する隙間と、図4の下部に示した、他の1組での転動体及びポケット28部分の円周方向の自由度に関する隙間とを、図示を省略した他の部分の自由度に関する隙間よりも小さくしている。この為に、例えば上記2個所のポケット28、28の大きさを、これら両ポケット内に保持する転動体の外径との関係で規制して、自由度を制限する方向のポケット隙間を小さくする。ポケット隙間を小さくする為の構造に就いては、転がり軸受の分野で従来から広く知られている為、詳しい説明は省略する。
First, FIG. 4 shows the invention according to
この様な本例の場合、上記図4の上部に示した1組の転動体及びポケット28部分で、前述の図3で説明した、平行移動方向の自由度y、zを制限する。又、この部分と、上記図4の下部に示した他の1組での転動体及びポケット28部分とで、上記図3で説明した回転方向の自由度Rxを制限する。この結果、保持器24が、その中心軸に直交する仮想平面に沿って、実用上問題となる程に変位する事がなくなり、上記保持器24が振れ回り運動する事を防止できる。
尚、上記図4の下部に示した他の1組での転動体及びポケット28部分に関しては、仮に径方向の自由度を制限しても、円周方向の自由度を持たせると、上記回転方向の自由度Rxを制限する機能が低くなる。
In the case of this example, the degree of freedom y and z in the parallel movement direction described above with reference to FIG. 3 is limited by the set of rolling elements and pockets 28 shown in the upper part of FIG. Further, this portion and another set of rolling elements and pockets 28 shown in the lower part of FIG. 4 limit the degree of freedom Rx in the rotational direction described in FIG. As a result, the
In addition, regarding the rolling elements and pockets 28 in another set shown in the lower part of FIG. 4, if the degree of freedom in the circumferential direction is limited even if the degree of freedom in the radial direction is limited, the rotation The function of limiting the degree of freedom Rx is reduced.
次に、図5は、好ましい形態の第2例として、請求項3に係る発明を示している。本例の場合、図5の上部に示した、1組の転動体及びポケット28での径方向の自由度及び円周方向部分の自由度に関する隙間と、図5の右部に示した、他の1組での転動体及びポケット28部分の径方向の自由度に関する隙間とを、図示を省略した他の部分の自由度に関する隙間よりも小さくしている。
この様な本例の場合、上記図5の上部に示した1組の転動体及びポケット28部分で、前述の図3で説明した、平行移動方向の自由度y、zを制限する。又、この部分と、上記図5の右部に示した他の1組での転動体及びポケット28部分とで、上記図3で説明した回転方向の自由度Rxを制限する。この結果、保持器24が、その中心軸に直交する仮想平面に沿って、実用上問題となる程に変位する事がなくなり、上記保持器24が振れ回り運動する事を防止できる。
尚、上記図5の右部に示した他の1組での転動体及びポケット28部分に関しては、仮に円周方向の自由度を制限しても、径方向の自由度を持たせると、上記回転方向の自由度Rxを制限する機能が低くなる。
Next, FIG. 5 shows the invention according to
In the case of this example, the degree of freedom y and z in the translation direction described above with reference to FIG. 3 is limited by the pair of rolling elements and pockets 28 shown in the upper part of FIG. Further, this portion and the other set of rolling elements and pockets 28 shown in the right part of FIG. 5 limit the degree of freedom Rx in the rotational direction described in FIG. As a result, the
In addition, regarding the rolling elements and pockets 28 in another set shown in the right part of FIG. 5, if the degree of freedom in the radial direction is limited even if the degree of freedom in the circumferential direction is limited, The function of limiting the degree of freedom Rx in the rotation direction is reduced.
次に、図6は、好ましい形態の第3例として、請求項4に係る発明を示している。本例の場合、円周方向に関してほぼ等間隔位置に存在する、3組の転動体及びポケット28、28部分での径方向の自由度に関する隙間を、これら各部分の円周方向の自由度及び図示を省略した他の部分の自由度に関する隙間よりも小さくしている。
この様な本例の場合、上記3組の転動体及びポケット28、28部分で、前述の図3で説明した、平行移動方向の自由度y、zを制限する。この結果、保持器24が、その中心軸に直交する仮想平面に関して、実用上問題となる程に径方向に変位する事がなくなり、上記保持器24が振れ回り運動する事を防止できる。
Next, FIG. 6 shows the invention according to
In the case of this example, the three sets of rolling elements and pockets 28 and 28 limit the degrees of freedom y and z in the translation direction described with reference to FIG. As a result, the
尚、本例の場合、上記図3で説明した回転方向の自由度Rxを僅少に抑える事はできない。従って、前述の図16、19に示した構造に適用して、保持器の回転速度に基づいて各転動体9a、9bの公転速度を測定するには不適当である。但し、本例の構造でも、一般的な転がり軸受ユニットに適用して、保持器の振れ回り運動に基づく騒音並びに振動を抑える事は十分に行なえる。又、各転動体9a、9bの位置が径方向にずれた場合や、保持器のポケット28、28のピッチ円直径と転動体のピッチ円直径との間に誤差が存在する場合には、保持器を変形させる様な応力が発生するが、これら径方向のずれや寸法誤差は、各転動体の公転速度の相違に比べて小さいので、問題にはなりにくい。
In the case of this example, the degree of freedom Rx in the rotational direction described with reference to FIG. Therefore, it is unsuitable for measuring the revolution speed of each rolling
次に、図7は、好ましい形態の第4例として、請求項5に係る発明を示している。本例の場合、円周方向に関してほぼ等間隔位置に存在する、3組の転動体及びポケット28、28部分での円周方向の自由度に関する隙間を、これら各部分の径方向の自由度及び図示を省略した他の部分の自由度に関する隙間よりも小さくしている。
この様な本例の場合、上記3組の転動体及びポケット28、28部分が共働する事で、前述の図3で説明した、平行移動方向の自由度y、z及び回転方向の自由度Rxを制限する。この結果、保持器24が、その中心軸に直交する仮想平面に沿って、実用上問題となる程に変位する事がなくなり、上記保持器24が振れ回り運動する事を防止できる。
Next, FIG. 7 shows the invention according to claim 5 as a fourth example of the preferred embodiment. In the case of this example, the gaps related to the degrees of freedom in the circumferential direction of the three sets of rolling elements and the
In the case of this example, the three rolling elements and the
次に、図8は、好ましい形態の第5例として、請求項6に係る発明を示している。本例の場合、円周方向に関してほぼ等間隔位置に存在する、3組の転動体及びポケット28、28部分のうち、図8の下部左右に存在する2組のポケット28、28部分での円周方向の自由度に関する隙間を、これら各部分の径方向の自由度及び図示を省略した他の部分の自由度に関する隙間よりも小さくしている。又、上記3組のうち、図8の上部に存在する残り1組のポケット28、28部分での径方向の自由度に関する隙間を、この部分の円周方向の自由度及び図示を省略した他の部分の自由度に関する隙間よりも小さくしている。
この様な本例の場合も、上記3組の転動体及びポケット28、28部分が共働する事で、前述の図3で説明した、平行移動方向の自由度y、z及び回転方向の自由度Rxを制限する。この結果、保持器24が、その中心軸に直交する仮想平面に沿って、実用上問題となる程に変位する事がなくなり、上記保持器24が振れ回り運動する事を防止できる。
Next, FIG. 8 shows the invention according to claim 6 as a fifth example of the preferred embodiment. In the case of this example, circles in two sets of
Also in this example, the three sets of rolling elements and the
更に、図9は、好ましい形態の第6例として、請求項7に係る発明を示している。本例の場合、円周方向に関してほぼ等間隔位置に存在する、3組の転動体及びポケット28、28部分のうち、図9の下部左右に存在する2組のポケット28、28部分での径方向の自由度に関する隙間を、これら各部分の円周方向の自由度及び図示を省略した他の部分の自由度に関する隙間よりも小さくしている。又、上記3組のうち、図9の上部に存在する残り1組のポケット28部分での円周方向の自由度に関する隙間を、この部分の径方向の自由度及び図示を省略した他の部分の自由度に関する隙間よりも小さくしている。
この様な本例の場合も、上記3組の転動体及びポケット28、28部分が共働する事で、前述の図3で説明した、平行移動方向の自由度y、z及び回転方向の自由度Rxを制限する。この結果、保持器24が、その中心軸に直交する仮想平面に沿って、実用上問題となる程に変位する事がなくなり、上記保持器24が振れ回り運動する事を防止できる。
Further, FIG. 9 shows an invention according to
Also in this example, the three sets of rolling elements and the
尚、図4〜9に示した何れの構造の場合でも、他の部分の自由度に関する隙間よりも小さくする3通りの自由度に関する隙間を、請求項8に係る発明の様に、100μm以下に抑える事が好ましい。この隙間を大きくし過ぎると、本発明の効果を発揮できなくなる。これに対して、この隙間が小さ過ぎると、転動体の正常な自転運動を阻害する可能性や、グリース潤滑が不足する可能性があるので、好ましくない。この点は、前述した第1〜第7各参考発明の場合と同様であるが、本発明の場合には、上記3通りの自由度に関する隙間以外は大きくできる為、この3通りの自由度に関する隙間を、上記第1〜第7各参考発明の場合よりも小さくできる。これらを勘案すると、小さくする3通りの自由度に関する隙間は、10μmから数十μm程度が最適であるが、保持器ポケット形状の寸法誤差を考慮すると、100μm以下程度に設計するのが好ましい。これに対して、上記残りの自由度に関する隙間は、数百μm以上、例えば400〜600μm程度にする。これらの値は、例えば乗用車用の車輪支持用として使用される、各転動体のピッチ円直径が40〜80mm程度、各転動体の直径が8〜13mm程度の玉軸受ユニットでの値である。これらの値は、各転動体のピッチ円直径や各転動体の直径にほぼ比例して変わる。
Note that, in any of the structures shown in FIGS. 4 to 9, the gaps related to the three degrees of freedom that are smaller than the gaps related to the degrees of freedom of other portions are set to 100 μm or less as in the invention according to
又、隙間を小さくするポケット位置は、図4では180度間隔、図5では90度間隔、図6〜9では120度間隔で図示しているが、図示の角度間隔に限定するものではない。但し、図示の角度間隔を設定できる様に転動体の個数を定めても良い。例えば、転動体の数を、図4の実施例では2の整数倍に、図5の実施例では4の整数倍に、図6〜9の実施例では3の整数倍に、それぞれ設定すれば、上記角度間隔のポケットを選択できる。 Further, the pocket positions for reducing the gap are illustrated at intervals of 180 degrees in FIG. 4, at intervals of 90 degrees in FIG. 5, and at intervals of 120 degrees in FIGS. 6 to 9, but are not limited to the illustrated angular intervals. However, the number of rolling elements may be determined so that the illustrated angular interval can be set. For example, if the number of rolling elements is set to an integer multiple of 2 in the embodiment of FIG. 4, an integer multiple of 4 in the embodiment of FIG. 5, and an integer multiple of 3 in the embodiments of FIGS. The pockets with the angular intervals can be selected.
又、図4〜9に示した様な、本発明を実施する場合に好ましくは、請求項9に記載した様に、前記各転動体9、9の数及び前記保持器24のポケット28、28の数を、それぞれ3の整数倍とする。この理由は、次の通りである。
例えば前述の図6に示した様な、2次元平面上の挙動(面内挙動)では、3自由度の拘束が機構学的に過不足ない理想的な拘束であるので、面内での保持器24の不安定な挙動が抑制される。但し、例えば上記図6に記載した構造の場合には、3個所のポケット28、28だけで、上記保持器24の挙動を支配するので、この保持器24が1回転(公転)する間に、外輪軌道7や内輪軌道8(図16、19参照)のうねり等に基づいて、3周期の振れ回り挙動が発生し、公転速度の検出誤差となる。この場合に、上記保持器24の挙動が、図13に破線ロで示す様な、安定的に発生する振れ回り運動であれば、ノッチフィルタや適応フィルタによる誤差補正が可能である。これに対して、隙間を小さくした3個所のポケット28、28の円周方向に関する間隔(ピッチ)が不等である場合には、振れ回り挙動が複雑になり、図13に実線イで示す様に、波形が歪んでしまう。この様な場合には、ノッチフィルタや適応フィルタを用いても誤差を十分に補正できない可能性がある。
4 to 9, when the present invention is carried out, the number of the rolling elements 9, 9 and the
For example, in the behavior on the two-dimensional plane (in-plane behavior) as shown in FIG. 6 described above, the three-degree-of-freedom constraint is an ideal constraint that is not mechanically excessive or insufficient. The unstable behavior of the
例えば、転動体9、9及びポケット28、28の数が10個である場合は、これら各ポケット28、28の基本ピッチは36度になるので、隙間を小さく設定するポケット28、28は、108度(3ピッチ分)、108度(3ピッチ分)、144度(4ピッチ分)の不等ピッチとなり、上述した様な、外輪軌道7や内輪軌道8のうねり等に基づいて生じる振れ回り運動の誤差を補正しにくくなる。これに対して、上記請求項9に記載した様に、上記各転動体9、9の数及び上記保持器24のポケット28、28の数を、それぞれ3の整数倍とし、上記隙間を小さくする3個所のポケット28、28を円周方向に関して等間隔に(等ピッチで)配置すれば、上記保持器24の挙動の主成分が、公転3次成分のみとなる。この為、ノッチフィルタや適応フィルタによる誤差補正を適切に実施できて、精度の良い公転速度検出が可能となる。
For example, when the number of the rolling elements 9 and 9 and the
尚、本発明を実施する場合に利用する転動体は、請求項10に係る発明の様に玉であっても、或は請求項11に記載した様に円すいころであっても良い。
転動体が何れの種類であっても、保持器の振れ回り運動を抑えて騒音並びに振動を抑える事ができる。
Incidentally, the rolling element used when the present invention is carried out may be a ball as in the invention according to claim 10 or a tapered roller as described in
Regardless of the type of rolling element, noise and vibration can be suppressed by suppressing the swinging motion of the cage.
又、本発明は、自動車の懸架装置と車輪との間に設けられ、この懸架装置に対しこの車輪を回転自在に支持する為に利用する。
更に、各転動体の公転速度に一致する保持器の回転速度を測定する為の公転速度検出用センサを備え、この公転速度検出用センサの検出信号を、外輪相当部材と内輪相当部材との間に加わる荷重を求める為に利用する。
この為、本発明によれば、前述の図16、19に示した先発明の様に、低コストで造れる構造で、車輪に加わる荷重を、正確に求められる。
Further, the present invention is provided between a suspension device of an automobile and a wheel, and is used for rotatably supporting the wheel with respect to the suspension device .
Furthermore, a revolution speed detection sensor for measuring the rotational speed of the cage that matches the revolution speed of each rolling element is provided, and the detection signal of the revolution speed detection sensor is transmitted between the outer ring equivalent member and the inner ring equivalent member. Used to determine the load applied to
For this reason, according to the present invention, the load applied to the wheel can be accurately obtained with a structure that can be manufactured at a low cost as in the prior inventions shown in FIGS.
本発明は、特願2003−329752号に係る発明と組み合わせて実施する事もできる。この先発明の構造は、保持器に固定した公転速度検出用エンコ−ダの被検出面と、公転速度検出用センサの検出面との間の隙間変化を抑制する為に、上記保持器に設けた複数のポケットのうち、任意の3個所のポケットと、当該ポケット内に保持された転動体との、保持器の軸方向に関する隙間を、他のポケットに関する同方向の隙間よりも小さく設定するものである。 The present invention can also be implemented in combination with the invention according to Japanese Patent Application No. 2003-329752. The structure of this prior invention is provided in the cage in order to suppress a change in the gap between the detected surface of the revolution speed detection encoder fixed to the cage and the detection surface of the revolution speed detection sensor. Set the clearance in the axial direction of the cage between any three pockets and the rolling elements held in the pocket smaller than the clearance in the same direction for other pockets. is there.
本発明が、保持器の中心軸に直交する仮想平面の面方向に関する隙間を規定するのに対して、上記先発明は軸方向の隙間を規制するものである。従って、この先発明と上記本発明とを同時に実施する事も可能である。但し、この本発明を実施する場合に面方向に関して隙間を小さくするポケットと、上記先発明を実施する場合に軸方向に関して隙間を小さくするポケットとは、同一ポケットに関して重複させない(面方向に関する隙間を小さくするポケットと、軸方向に関する隙間を小さくするポケットとを、総て異ならせる)事が好ましい。この理由は、特定のポケットで、面方向の隙間と軸方向の隙間とが何れも狭くなって、当該ポケット内へのグリースの取り込みが著しく不良になる事を防止する為である。 Whereas the present invention defines a gap in the plane direction of a virtual plane orthogonal to the central axis of the cage, the above-described invention restricts the gap in the axial direction. Therefore, the previous invention and the present invention can be carried out simultaneously. However, the pocket that reduces the gap in the plane direction when implementing the present invention and the pocket that reduces the gap in the axial direction when implementing the above invention are not overlapped with respect to the same pocket (the gap in the plane direction is not It is preferable that the pocket to be reduced and the pocket to reduce the gap in the axial direction are all different. The reason for this is to prevent the gap in the surface direction and the gap in the axial direction from becoming narrow in a specific pocket, so that the grease is not significantly taken into the pocket.
1、1a 外輪
2、2a ハブ
3、3a 回転側フランジ
4 ハブ本体
5 ナット
6 内輪
7 外輪軌道
8 内輪軌道
9、9a、9b 転動体
10、10a 取付孔
11 変位センサ
12 センサリング
13、13a、13b 回転速度検出用エンコーダ
14、14a カバー
15、15a、15b 回転速度検出用センサ
16 ナックル
17 固定側フランジ
18 ボルト
19 ねじ孔
20 荷重センサ
21 センサユニット
22 先端部
23a、23b 公転速度検出用センサ
24、24a、24b 保持器
25、25a、25b 公転速度検出用エンコーダ
26 重り
27 リム部
28 ポケット
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